配电网网架结构与配电自动化终端协同规划方法研究

2021-01-23蒋直良

通信电源技术 2020年19期

蒋直良

（国网四川省电力公司达州供电公司市区供电中心，四川达州 635000）

0 引言

配电网是电力系统重要组成部分，由电缆、架空线路以及配电变压器等多种电气设备构成，承担电能分配的重要职责。近年来，智能电网高速发展，对配电网运行安全性与可靠性提出了更高的要求。如何科学规划配电网，促进配电网建设与改造经济效益、社会效益等协同发展成为人们关注的重点问题。智能电网、电力物联网以及世界一流等战略目标提出并执行以来，配电自动化终端实现了与配电网一次网架结构的结合，保障了配电网的安全和可靠运行。

1 配电网网架结构与配电自动化终端相互影响关系分析

配电网一次网架结构与配电自动化终端存在密切关系，具体表现有以下3点。第一，配电自动化终端的科学配置与合理运用，完善了配电信息系统，能够实时动态监测配电网设备运行状况，准确识别与判断配电网故障，从而为配电网设备安全管控提供依据，保障配电网安全与可靠运行[1]。第二，配电自动化终端的科学运用，不仅使配电网保护与控制系统具备异常情况分析与故障自动化处理能力，还能够为用户提供准确的配电网电能供应信息，从而实现了配电网的主动管控，提升了配电网运行质效率和供电企业供电服务质量。第三，配电自动化终端应用后，配电网系统中的元件数量增多。元件发生故障时，容易使系统脱离监测，降低配电网系统运行可靠性。同时，在网络环境下，通信系统容易受多因素干扰，引发配电网系统故障。因此，信息安全问题是配电自动化终端配置的重点问题。

随着智能电网建设与改造规模不断扩大，配电网一二次协同规划已经成为必然趋势。为更好维护与保障配电网安全运行，提升配电网规划的综合效果，应加强协同规划方法研究，以更好地指导相关工作开展，促进智慧基建体系和互联网企业的建设。

2 配电网网架结构与配电自动化终端协同规划方法分析

2.1 协同规划思路与框架

配电网网架结构与配电自动化终端协同规划时，需全面了解与掌握配电自动化配置需求，明确配电网一次网架结构构建要求。然后，根据配电网架结构、配电网供电可靠性要求、配电网负荷位置、配电自动化终端重要性以及五遥功能需求等指标，科学布局配电自动化终端，实现二次配电自动化装置与配电网保护设备、控制设备的互联互通，使配电自动化终端信息能够有效交互。配电自动化终端布局完成后，根据配电网一次网络架构构建通信体系，并完成配电网网架结构与配电自动化终端的协调水平校验，以获取高可靠性、高经济性以及高安全性的配电网规划方案。

基于如上思路，本文构建了一个配电网网架结构与配电自动化终端双层规划模型。上层为配电网一次网络架构规划模型，下层是在上层基础上构建的配电自动化终端配置模型。上层以最小化规划投资成本（年均值）为目标函数，下层以停电损失（年均值）和配电自动化终端投资成本（年均值）为目标函数。上下层相互关联，共同决定规划方案[2]。

2.2 一次网架结构模型

由协同规划思路与框架分析可知，配电网一次网架结构规划模型的目标函数为年最小规划投资成本，可表示为：

式中，F1表示配电网一次网络架构建设年化投资成本（包括线路投资成本和通信设备投资成本等）；F2表示配电一次网架结构损失成本；F3表示配电网运行维护成本；F4表示配电自动化终端配置模型目标函数。同时，配电网一次网架结构不应出现孤岛问题，以单联络接线方式为主，总负荷需要控制在最大负荷之内，线路负载率不得超过相关要求。

2.3 自动化终端配置模型

根据电网企业相关规定可知，规划配电自动化终端时，应以配电网供电可靠性为依据，结合配电网网络结构与运行方式，进行二遥终端和三遥终端配置。本文在配置配电自动化终端时，选取分段开关位置自动化终端为优化目标。下层规划模型的目标函数为配电自动化终端年化投资成本与停电损失成本，可表示为：

式中，Fa表示配电自动化终端年化投资成本；Fb表示自动化终端运行维修成本；Fc表示停电故障损失。配电自动化终端规划时，需要考虑可靠性约束。通常，用平均供电可用率评价配电网可靠性。有研究表示，全部配置二遥终端，能够准确定位故障区域，但无法实现故障自动化隔离，因此故障处理时间t1可视为0。在配电网架结构分段开关位置安装y个二遥终端时，馈线供电可用率为：

式中，t2与t3分别表示人工故障区域隔离时间与故障修复时间。如果要求供电可用率超过M，则需要安装的二遥终端数量为：

全部配置三遥终端，能够准确定位故障区域并实现故障自动化隔离与处理。因此t2与t3可视为0[3]。假设用户在各区域均匀分布，馈线沿线单位故障率一致，配电网网架中馈线安装S个配电自动化终端模块，每个区域有用户n/(S+1)个，利用供电可用率可推导出供电可用率超过M时分段开关位置二遥终端配置个数为：

2.4 协同规划评估指标

建立配电网网架结构与配电自动化终端协同规划评估指标，对其方法应用的有效性评价具有重要影响。指标体系构建时，需根据具体情况进行针对性分析。通常，配电网网架结构与配电自动化终端协同规划评价的关键指标有供电可靠率、线路故障率以及年均停电时间等。

3 配电网网架结构与配电自动化终端协同规划原则分析

配电网网架结构与配电自动化终端协同规划时，为提升规划协调性，应遵守设备通信安全性原则、专用网络安全性原则、配电自动化终端配置扩展性原则、配电网设备一体化监管原则以及控制指令安全鉴别原则等[4]。

4 算例分析

某10 kV城市配电网所应用的配电网网架结构与配电自动化终端协同规划方法为本文研究方法，传统规划结构、协同规划结构分别如图1、图2所示。配电网网架结构图中，联络线路用虚线表示，二遥终端与三遥终端分别用“△”“×”表示。

表1为不同产电比下协同规划与传统规划效益比较。由表1可知，传统规划配电网一次网架结构与自动化终端设备属于独立规划，以最大化降低一次网架结构成本为目标，因此传统规划网架投资成本要低于协同规划。但在配电自动化终端设备配备后，传统规划网络综合费用要高于协同规划，且产电比越高，传统规划网络综合费用越高。与此同时，对于年均停电时间、供电可靠率以及线路故障率等指标，协同规划均低于传统规划。可见，协同规划后配电网的运行更加安全和可靠，具有较好综合效益。